Alapanyagok előállítása Feldolgozó eljárások Műanyagok összekötése Műanyagok feldolgozása Dr. Czinege Imre előadáásai alapján összeállította Csizmazia Ferencné dr. Alapanyagok előállítása Feldolgozó eljárások Műanyagok összekötése

Természetes alapú műanyagok előállítása: cellulóz Alapanyagok: farost, gyapot, gabonaszalma, kukoricaszár Közbülső termék: regenerált (módosított, tördelt molekula-láncú) cellulóz Végtermék: Viszkóz alapanyagból: fonal, fólia, szivacs Nitrocellulózból: celluloid (a legelső film anyag – túl gyúlékony) Acetilcellulózból: ma használatos film

Természetes alapú műanyagok előállítása: kaucsuk Alapanyag: kaucsukfa kérgéből kifolyó latex Közbülső termék: kaucsuk Végtermék: természetes gumi Adalékolás korommal, krétaporral Vulkanizálás kénnel (láncmolekulák összekötése kén hidakkal) 2…3% kéntartalom rugalmas gumit eredményez, 32% keménygumit (ebonit)

Természetes alapú műanyagok előállítása: fehérje származékok Alapanyag: tehéntej Közbülső termék: kazein Végtermék: Kazein-formaldehid anyag Rudak, lemezek korlátozott méretválasztékban

Mesterséges alapú műanyagok feldolgozási lépései Alapanyagok: szén, kőolaj, földgáz, víz, levegő, adalék anyagok Közbenső termékek: polimerizálható, kettős vagy többszörös kötéseket tartalmazó monomerek Végtermék: polimerizáció, polikondenzáció, poliaddíció és vulkanizálás útján létrejött anyagok Formázás: különféle eljárásokkal

Példa: PVC gyártás Etilén gyártás kőolaj származékokból vagy földgázból Az etilén klórozásával vinilklorid előállítása A vinilklorid polimerizálásával polivinilklorid gyártása H H H H H H C=C  C=C  - C - C - H H H Cl H Cl n

Polimerek feldolgozása: hőmérséklet és tulajdonságok (1)

Polimerek feldolgozása hőmérséklet és tulajdonságok (2) Lineáris szerkezetű, hőre lágyuló polimerek tulajdonságainak változása a hőmérséklet függvényében Ha T < Tg (=Tü) használható Ha Tü < T < Tolv alakítható

Polimerek feldolgozása hőmérséklet és tulajdonságok (3) Bakelizálódott, hőre keményedő polimerek tulajdonságainak változása a hőmérséklet függvényében

Polimerek feldolgozása Félkész gyártmányok előállítása Extrudálás (csigapréselés): végtelen hosszú szálas anyagok (rúd, cső, profilok) gyártása Fóliafúvás: az extrudált csövek átalakítása vékony falú fóliacsővé Kalanderezés: vékony lemezek, szalagok, fóliák gyártása

Extrudálás Cső Rúd Profil

Fóliafúvás Vastag falú extrudált csőből fólia cső készítése Belépő szakasz (nagyítva)

Kalanderezés Az extruderből kilépő vastag, képlékeny masszát elősajtoló hengerek között vékonyítják, majd különféle elrendezésű, fűtütt hengerek közé vezetik, ahol a fólia a végleges vastagságát eléri

Félkész termékek tovább alakítása Példa: fóliából üreges alkatrész készítése vákumformázással Levegő elszívás

Műanyag alkatrészek gyártása zárt üregben Extruder-préslégformázás: extrudált csőből palack, alakos forma Fröccsöntés: a melegített granulátumból extruder csigával összesajtolt masszát formába fröccsentik (besajtolják) Prés-sajtolás: előre kimért masszát formába sajtolnak

Műanyag alkatrészek gyártása: extruder-préslégformázás

Műanyag alkatrészek gyártása: fröccsöntés (1)

Műanyag alkatrészek gyártása: fröccsöntés (2)

Műanyag alkatrészek gyártása: prés-sajtolás

Műanyag habok előállítása: habképződés Alapanyag + habosító adalék = hab Alkalmazás: hőszigetelés, csomagolás

Műanyag habok előállítása: expandált polisztirol hab Habosító adalékot tartalmazó polisztirol granulátumot expandáltatnak, majd a szemcséket összetapasztják

Műanyag habok előállítása: egyéb habok Extrudált polisztirol hab: polisztirol granulátumot extruderbe visznek, a képlékeny zónában adják hozzá a habosító adalékot, és a nyíláson kiengedve hozzák végső méretre Polietilén lágy hab (polifoam): polietilén + habosító adalékból lágy, alakítható hab nyerhető Poliuretán habok: poliizoacetát és poliol kis vízzel összekever-ve, CO2 fejlődés mellett habosodik

Példák műanyagból készült eszközökre: háztartási eszközök

Példák műanyagból készült eszközökre: lágy poliamid

Példák műanyagból készült eszközökre: autógumik

Példák műanyagból készült eszközökre: különféle klaviaturák

Példák műanyagból készült eszközökre: csónak héj (kompozit)

Példák műanyagból készült eszközökre: benzintank (kompozit)

Példák műanyagból készült eszközökre: hőre keményedő műanyag karosszéria

Példák műanyagból készült eszközökre: autógumi gyártó sajtó

Műanyagok hegesztése Hőre lágyuló műanyagok köthetők össze hegesztéssel Általában hő- és erőhatás együttes alkalmazása szükséges Hőforrásként forró levegőt használnak, vagy elektromos fűtést Ritkán alkalmaznak ömlesztő hegesztést jól irányítható lézer- vagy elektronsugárral

Műanyagok hegesztése: forrógázos hegesztés

Műanyagok hegesztése: fóliahegesztés

Műanyagok hegesztése: csövek hevítő hüvelyes hegesztése

Kompozit (társított) anyagok feldolgozása A kompozit anyagok csoportosítása A szemcsés, szálas és réteges kompozitok gyártása

A kompozitok típusai Példák: Szemcsés: pl. beton (cement + kavics) Szálas: pl. üvegszálas poliészter (üvegszál + műgyanta) Réteges: pl. Arall (alumínium és aramid lemezek)

Szemcsés kompozitok: ezüst-volfram érintkező Sajtolás Sajtolt volfram por előgyártmány Zsugorított volfram alapanyag A pórusok kitöltése olvadt ezüsttel

Szemcsés kompozitok: a tiszta Pt és a 12,5% ThO-t tartalmazó Pt kúszása Következtetés: a diszperz ThO (tórium-oxid) szemcsék növelik a kúszásállóságot

Szálerősítésű kompozitok

Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: szálak Üvegszál: olvadt üvegből fokozatosan húznak 6…12 μm átmérőjű szálakat, melyeket köteg, paplan vagy szövet formában hoznak forgalomba Grafit (karbon) szál: különféle karbonláncú vegyületeket tartalmazó alapanyagok pirolízisével, nyújtásával hoznak létre a szálirányban összefüggő grafit kristályokat

Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: hordozó (mátrix) A hordozóanyagok különféle, rendszerint két komponensű, hőre keményedő műgyanták A műgyanta egyik komponense a folyékony polimer, amelyhez a térhálósító adalékokat hozzákeverve, majd a szálakat, töltőanyagokat bedolgozva kikeményítik

Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek Üvegszál erősítésű polimerek: GFRP: Glass Fiber Reinforced Polymer Karbonszál erősítésű polimerek: CFRP: Carbon Fiber Reinforced Polymer Legősibb szálerősítésű kompozit a vályog tégla volt (Mezopotámia, 5-6000 éve)

Szálerősítésű kompozitok: a szálak körüli feszültség mező A szál és a hordozóanyag kötése egymáshoz (elérhető nyírófeszültség) A terhelés átadása a szál és a hordozó-anyag között (adhéziós kötéssel)

Szálerősítésű kompozitok: az Rm és E változása a szálak mennyiségének függvényében

Szálerősítésű kompozitok: az Rm és E változása az orientáció függvényében

Szálak gyártása (példa) A szálakat alkotó anyagot valamilyen hordozó szálra viszik fel, pl. a bórt volframszálra, a szenet poliakrilnitril szálra Felvitel után izzítással állítják be a végleges tulajdonságokat

Szálerősítésű kompozitok: szalagok előállítása Szálak bevonása fémfóliával, majd a kettő egyesítése izzítással

Szálerősítésű kompozitok: táblák gyártása

Szálerősítésű kompozitok: rétegelt idomok gyártása

Szálerősítésű kompozitok: rétegelt idomok gyártása kézzel

Szálerősítésű kompozitok: csövek gyártása

Szálerősítésű kompozitok: csövek gyártása - elrendezés

Szálerősítésű kompozitok: profilok előállítása öntéssel A szálakat körülvevő tér kitöltése hordozóanyaggal különféle módokon: a) kapilláris hatás b) nyomásos öntés c) vákumozás d) folyamatos öntés

Réteges kompozitok Különféle fémek egyesítése réteges kompozittá a) hengerléssel c) sajtolással b) robbantással d) forrasztással

Réteges kompozitok: síléc

Réteges kompozitok: arall

Fa alapú kompozitok: áttekintés 1. rétegelt lemez 2. farost lemez 3. pozdorjalap 4. Faforgácslap 5. OSB lap 6. parafa

Fa alapú kompozitok (1) Rétegelt lemez (furnér lemez) Farost lemez Vékony falemezeket kötőanyaggal egyesítenek A szálirány 90o-ban változó, emiatt az anizotrópia csökken, a szilárdság javul Farost lemez Rostjaira bontott faanyag és formaldehid gyanta keveréke Préshengerléssel formázzák végső méretre

Fa alapú kompozitok (2) Pozdorja lap Faforgács lap Kender és len szártöredék és hőre keményedő műgyanta alkotja A masszát táblákká sajtolják Faforgács lap Szárított faforgácsot karbamid gyantával kötnek össze Magas hőmérsékleten táblákká préselik és a felületeket csiszolják

Fa alapú kompozitok (3) OSB lap Parafa Irányított forgácsirányú falemez – rönkfából aprítanak rövid szalagokat, ezeket orientáltan helyezik el és gyantával összekötik A lapokat nagy nyomáson, 215 Co hőmérsékleten sajtolják össze táblává Parafa Parafa granulátumból sajtolnak különböző termékeket

Kompozit anyagból készült szerkezetek Miért alkalmazunk kompozit anyagokat? Mert kedvezőbb tulajdonságok érhetők el így, mint az egynemű anyagokkal. Hogyan definiáljuk az igényeket? A szerkezet funkciója és igénybevétele alapján. Mi az anyagválasztás vezérgondolata? „Material tailoring” – anyag szabászat Minden feladatra a legjobb megoldás!

Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: kerékpár váz Lehetséges váz anyagok: Acél cső Alumínium, titán cső Kompozit anyag – speciális alak A kompozit váz alkalmazásakor az anyag, alak, méret és a gyártási mód összehangolása szükséges

Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: versenyautó váz A Forma-1 autók karosszériája karbon szál erősítésű kompozit anyagból készül A karosszéria merevségét a szendvics szerkezet fokozza (két sík réteg között méhsejt mintázatú összekötő cellák) Előny: kis tömeg, nagy szilárdság, az egyedi gyártás viszonylagos olcsósága

Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: széllovas (windsurf) Test: több rétegű kompozit héj, belső merevítések, az üregeket kitöltő hab Árbóc: üvegszállal erősített polimer (lehet fém-fém kompozit is) Vitorla: rövid szálakkal erősített, szövött vagy öntött kompozit anyag (kevlar) Uszony: üvegszállal erősített polimer Árbóc gyök: poliuretán rugó

Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: repülőgép ülés váz A hagyományos ülés váz anyaga alumínium Kísérleti szinten alkalmaznak kompozit vázat is A váz eltérő igénybevételű helyein az erősítő szálak mérete és sűrűsége más A kompozit vázú ülés könnyebb a fém ülésnél, ezért több terhet vihet a gép

Kerámiák feldolgozása Olvasztás (üveggyártás) Cement gyártás Nedves formázás (agyag árúk) Porkohászat (műszaki kerámiák)

Kerámia anyagok csoportosítása (1) Alkotók szerint: Oxidkerámiák (pl. Al2O3) Vegyületkerámiák (pl. karbid, borid, nitrid) Egyatomos kerámiák (pl. szén – gyémánt) Gyártás szerint Olvasztás (üveggyártás) Hidrát kötés (cement) Nedves formázás (agyag árúk) Porkohászat (műszaki kerámiák)

Kerámia anyagok csoportosítása (2) Szerkezet szerint: Amorf (pl. üveg) Kristályos (pl. bórnitrid) Vegyes Eredet szerint: Természetes anyagok (pl. kő) Mesterséges kerámiák (pl. sziliciumkarbid)

Üveggyártás olvasztással Alapanyagok: üvegképzők: kvarchomok (SiO2) folyósítók: nátrium oxid, kalcium oxid stabilizátorok: alkáliföldfém karbonátok hulladék üveg Olvasztás kemencében 780…800 Co-on Alakítás: síküveg, öblösüveg, egyéb alak

Síküveg gyártás Húzott üveg: tükör, ablak, ipari üvegtáblák 3…10 mm vastagságig Hengerelt síküveg: lehet nyers, mintás felületű, nem átlátszó, csak áttetsző

Üvegpalack gyártás

Alakos üvegtermékek gyártása: csőhúzás

Alakos üvegtermékek gyártása: centrifugál öntés

Alakos üvegtermékek gyártása: öntés és sajtolás

Különféle üvegtárgyak

Különféle üvegtárgyak

Hidrátkerámiák: cementgyártás Nyersanyag: mészkő és agyag Előkészítés: őrlés, keverés Kiégetés: 1300…1500 Co-on, forgó kemencében  ez a klinkerképződés Aprítás: őrlés porrá  ez a cement Felhasználás: a cement vízzel keverve megköt

Cementgyártás: égető kemence

A cement átalakulása betonná A cement és a homok (sóder) víz hatására stabil hidrátkristállyá alakul át A folyamat szobahőmérsékleten megy végbe, végleges kikeményedés 28 nap után

Beton szerkezetek: híd

Égetett kerámiák Nyersanyag: agyag  tégla, cserép, edények kaolin  porcelán Folyamatok: agyag előkészítés, keverék képzés, formázás, szárítás, égetés, bevonás mázzal Dekoráció (dísztárgyak esetében)

Tégla és cserép gyártás Agyag előkészítés, homogenizálás Sajtolás megfelelő szelvény méretre, menet közben darabolás Szárítás meleg levegővel (a kémiailag nem kötött víz távozása) Égetés 920…1000 Co-on (kerámia kötés létrejötte)

Burkolólapok gyártása Alapanyag: agyag, dolomit- és mészkő liszt, tört lapok Feldolgozás: Keverés és őrlés Présgépen formára sajtolás nedves állapotban Szárítás 2% nedvességtartalomra Égetés 1035…1060 Co-on Mázzal bevonás, égetés 930…950 Co-on

Agyagkerámiák alkalmazása

Agyagkerámiák alkalmazása

Agyagkerámiák alkalmazása

Porcelán termékek

Műszaki kerámiák gyártása Alapanyagok: Műkorund (Al2O3) Szilícium-karbid (SiC), Szilicium-nitrid (Si3N4) Bór-karbid (B4C) A gyártás folyamata: Por előkészítés (őrlés, keverés) Formázás, sajtolás Zsugorító izzítás (szinterelés) Végső megmunkálás

Sajtolás és szinterelés

Autóipari alkalmazások: sziliciumnitrid kerámia alkatrészek

Autóipari alkalmazások: szelep működtetés

Kerámia perselyek

Űrrepülőgép burkolat

Hőszigetelő kerámiák: kőzetgyapot (pl. Isolyth) Alapanyag: bazalt, mészkő, dolomit Feldolgozás: Keverék megolvasztása (1350…1450 Co) Szálazás centrifugális fúvással (5…7 μm) Műgyanta és olaj-emulziós porlasztás (ez teszi alaktartóvá és víztaszítóvá a szálakat) Sűrűség 40…220 kg/m3, hővezetési tényező 0,032…0,042 W/(m Ko)

Hőszigetelő kerámiák: üveggyapot (pl. Therwoolin) Alapanyag: boroszilikát bázisú üvegszál (5…6 μm) Kötőanyag: fenol-formaldehid Sűrűség 10…100 kg/m3, hővezetési tényező 0,03…0,04 W/(m Ko) Éghetetlen szigetelő anyag Tekercsben vagy lapokban hozzák forgalomba

Egyatomos kerámiák Gyémánt: Köbös bór-nitrid (CBN) Természetes: bányásszák Mesterséges: 3000 Co-on, 7500 MPa nyomáson szénből kristályosítják Köbös bór-nitrid (CBN) Csak mesterségesen állítható elő bór-nitrid ásványból 1500 Co feletti hőmérsékleten, 8500 MPa nyomással képződik

Egyatomos kerámiák alkalmazása Húzógyűrűk volfrám és egyéb nagy hőmérsékleten alakítható fémekhez (elsősorban mesterséges gyémántból) Forgácsoló szerszámok: A szerszám élére raknak fel vékony rétegben kis szemcséket Nagy sebességű forgácsolás köbös bórnitriddel előnyösebb